1. JSON與cJSON

JSON —— 輕量級的數據格式

JSON 全稱 JavaScript Object Notation，即 JS對象簡譜，是一種輕量級的數據格式。

它採用完全獨立於編程語言的文本格式來存儲和表示數據，語法簡潔、層次結構清晰，易於人閱讀和編寫，同時也易於機器解析和生成，有效的提升了網絡傳輸效率。

JSON語法規則

JSON對象是一個無序的"名稱/值"鍵值對的集合：

以"{"開始，以"}"結束，允許嵌套使用；
每個名稱和值成對出現，名稱和值之間使用":"分隔；
鍵值對之間用","分隔
在這些字符前後允許存在無意義的空白符；

對於鍵值，可以有如下值：

一個新的json對象
數組：使用"["和"]"表示
數字：直接表示，可以是整數，也可以是浮點數
字符串：使用引號"表示
字面值：false、null、true中的一個(必須是小寫)

示例如下：

{
    "name": "mculover666",
    "age": 22,
    "weight": 55.5
    "address":
    {
        "country": "China",
        "zip-code": 111111
    },
    "skill": ["c", "Java", "Python"],
    "student": false
}

LiteOS中的cJSON組件

cJSON是一個使用C語言編寫的JSON數據解析器，具有超輕便，可移植，單文件的特點，使用MIT開源協議。

LiteOS中已經移植了cJSON，作爲一個組件使用，源碼在sdkIoT_LINK_1.0.0iot_linkcJSON中，其源碼文件只有兩個：

cJSON.h
cJSON.c

使用的時候，只需要將這兩個文件複製到工程目錄，然後包含頭文件cJSON.h即可，如下：

#include "cJSON.h"

2. cJSON數據結構和設計思想

cJSON的設計思想從其數據結構上就能反映出來。

cJSON使用cJSON結構體來表示一個JSON數據，定義在cJSON.h中，源碼如下：

/* The cJSON structure: */
typedef struct cJSON
{
    /* next/prev allow you to walk array/object chains. Alternatively, use GetArraySize/GetArrayItem/GetObjectItem */
    struct cJSON *next;
    struct cJSON *prev;
    /* An array or object item will have a child pointer pointing to a chain of the items in the array/object. */
    struct cJSON *child;

    /* The type of the item, as above. */
    int type;

    /* The item's string, if type==cJSON_String  and type == cJSON_Raw */
    char *valuestring;
    /* writing to valueint is DEPRECATED, use cJSON_SetNumberValue instead */
    int valueint;
    /* The item's number, if type==cJSON_Number */
    double valuedouble;

    /* The item's name string, if this item is the child of, or is in the list of subitems of an object. */
    char *string;
} cJSON;

cJSON的設計很巧妙。

首先，它不是將一整段JSON數據抽象出來，而是將其中的一條JSON數據抽象出來，也就是一個鍵值對，用上面的結構體 strcut cJSON 來表示，其中用來存放值的成員列表如下：

String：用於表示該鍵值對的名稱；
type：用於表示該鍵值對中值的類型；
valuestring：如果鍵值類型(type)是字符串，則將該指針指向鍵值；
valueint：如果鍵值類型(type)是整數，則將該指針指向鍵值；
valuedouble：如果鍵值類型(type)是浮點數，則將該指針指向鍵值；

其次，一段完整的JSON數據中由很多鍵值對組成，並且涉及到鍵值對的查找、刪除、添加，所以使用鏈表來存儲整段JSON數據，如上面的代碼所示：

next指針：指向下一個鍵值對
prev指針指向上一個鍵值對

最後，因爲JSON數據支持嵌套，所以一個鍵值對的值會是一個新的JSON數據對象（一條新的鏈表），也有可能是一個數組，方便起見，在cJSON中，數組也表示爲一個數組對象，用鏈表存儲，所以：

在鍵值對結構體中，當該鍵值對的值是一個嵌套的JSON數據或者一個數組時，由child指針指向該條新鏈表。

3. 開啓cJSON組件

在LiteOS中，cJSON組件默認是未開啓的，使用宏定義CONFIG_JSON_ENABLE開啓。

開啓之後，LiteOS會自動進行初始化，並且使用cJSON的內存鉤子將cJSON申請內存的方式變爲使用osalmalloc申請，自動初始化代碼在`linkmain.c`文件中：

4. JSON數據封裝

封裝方法

封裝JSON數據的過程，其實就是創建鏈表和向鏈表中添加節點的過程。

首先來講述一下鏈表中的一些術語：

頭指針：指向鏈表頭結點的指針；
頭結點：不存放有效數據，方便鏈表操作；
首節點：第一個存放有效數據的節點；
尾節點：最後一個存放有效數據的節點；

明白了這幾個概念之後，我們開始講述創建一段完整的JSON數據，即如何創建一條完整的鏈表。

① 創建頭指針：

 cJSON* cjson_test = NULL;

② 創建頭結點，並將頭指針指向頭結點：

cjson_test = cJSON_CreateObject();

③ 盡情的向鏈表中添加節點：

cJSON_AddNullToObject(cJSON * const object, const char * const name);

cJSON_AddTrueToObject(cJSON * const object, const char * const name);

cJSON_AddFalseToObject(cJSON * const object, const char * const name);

cJSON_AddBoolToObject(cJSON * const object, const char * const name, const cJSON_bool boolean);

cJSON_AddNumberToObject(cJSON * const object, const char * const name, const double number);

cJSON_AddStringToObject(cJSON * const object, const char * const name, const char * const string);

cJSON_AddRawToObject(cJSON * const object, const char * const name, const char * const raw);

cJSON_AddObjectToObject(cJSON * const object, const char * const name);

cJSON_AddArrayToObject(cJSON * const object, const char * const name);

輸出JSON數據

上面講述，一段完整的JSON數據就是一條長長的鏈表，那麼，如何打印出這段JSON數據呢？

cJSON提供了一個API，可以將整條鏈表中存放的JSON信息輸出到一個字符串中：

(char *) cJSON_Print(const cJSON *item);

使用的時候，只需要接收該函數返回的指針地址即可。

封裝數據和打印數據示例

單純的講述方法還不夠，下面用一個例子來說明，封裝出開頭給出的那段JSON數據。

首先基於HelloWorld工程，創建一個存放示例文件的文件夾cloud_test_demo，並新建一個實驗文件cjson_print_demo.c，編寫如下代碼：

#include <osal.h>
#include <stdio.h>
#include <cJSON.h>

static int cjson_print_demo_entry()
{
    cJSON* cjson_test = NULL;
    cJSON* cjson_address = NULL;
    cJSON* cjson_skill = NULL;
    char* str = NULL;

    /* 創建一個JSON數據對象(鏈表頭結點) */
    cjson_test = cJSON_CreateObject();

    /* 添加一條字符串類型的JSON數據(添加一個鏈表節點) */
    cJSON_AddStringToObject(cjson_test, "name", "mculover666");

    /* 添加一條整數類型的JSON數據(添加一個鏈表節點) */
    cJSON_AddNumberToObject(cjson_test, "age", 22);

    /* 添加一條浮點類型的JSON數據(添加一個鏈表節點) */
    cJSON_AddNumberToObject(cjson_test, "weight", 55.5);

    /* 添加一個嵌套的JSON數據（添加一個鏈表節點） */
    cjson_address = cJSON_CreateObject();
    cJSON_AddStringToObject(cjson_address, "country", "China");
    cJSON_AddNumberToObject(cjson_address, "zip-code", 111111);
    cJSON_AddItemToObject(cjson_test, "address", cjson_address);

    /* 添加一個數組類型的JSON數據(添加一個鏈表節點) */
    cjson_skill = cJSON_CreateArray();
    cJSON_AddItemToArray(cjson_skill, cJSON_CreateString( "C" ));
    cJSON_AddItemToArray(cjson_skill, cJSON_CreateString( "Java" ));
    cJSON_AddItemToArray(cjson_skill, cJSON_CreateString( "Python" ));
    cJSON_AddItemToObject(cjson_test, "skill", cjson_skill);

    /* 添加一個值爲 False 的布爾類型的JSON數據(添加一個鏈表節點) */
    cJSON_AddFalseToObject(cjson_test, "student");

    /* 打印JSON對象(整條鏈表)的所有數據 */
    str = cJSON_Print(cjson_test);
    printf("%s\n", str);

    /* 釋放整條鏈表內存 */
    cJSON_Delete(cjson_test);

    return 0;
}

int standard_app_demo_main()
{
    osal_task_create("cjson_print_demo",cjson_print_demo_entry,NULL,0x800,NULL,2);
    return 0;
}

在user_demo.mk中配置文件路徑：

    #example for cjson_print_demo
    ifeq ($(CONFIG_USER_DEMO), "cjson_print_demo")    
        user_demo_src  = ${wildcard $(TOP_DIR)/targets/STM32L431_BearPi/Demos/cloud_test_demo/cjson_print_demo.c}
    endif

位置如下：

然後在.sdkconfig中開啓cJSON組件，並且選中該demo：

實驗結果如圖：

5. cJSON數據解析

解析方法

解析JSON數據的過程，其實就是剝離一個一個鏈表節點(鍵值對)的過程。

解析方法如下：

① 創建鏈表頭指針：

cJSON* cjson_test = NULL;

② 解析整段JSON數據，並將鏈表頭結點地址返回，賦值給頭指針：

解析整段數據使用的API只有一個：

(cJSON *) cJSON_Parse(const char *value);

③ 根據鍵值對的名稱從鏈表中取出對應的值，返回該鍵值對(鏈表節點)的地址

(cJSON *) cJSON_GetObjectItem(const cJSON * const object, const char * const string);

④ 如果JSON數據的值是數組，使用下面的兩個API提取數據：

(int) cJSON_GetArraySize(const cJSON *array);
(cJSON *) cJSON_GetArrayItem(const cJSON *array, int index);

解析示例

下面用一個例子來說明如何解析出開頭給出的那段JSON數據。

在存放示例文件的文件夾cloud_test_demo中，再新建一個實驗文件cjson_parse_demo.c，編寫如下代碼：

#include <osal.h>
#include <stdio.h>
#include <cJSON.h>

char *message = 
"{                              \
    \"name\":\"mculover666\",   \
    \"age\": 22,                \
    \"weight\": 55.5,           \
    \"address\":                \
        {                       \
            \"country\": \"China\",\
            \"zip-code\": 111111\
        },  \
    \"skill\": [\"c\", \"Java\", \"Python\"],\
    \"student\": false\
}";

static int cjson_test1_demo_entry()
{
   cJSON* cjson_test = NULL;
    cJSON* cjson_name = NULL;
    cJSON* cjson_age = NULL;
    cJSON* cjson_weight = NULL;
    cJSON* cjson_address = NULL;
    cJSON* cjson_address_country = NULL;
    cJSON* cjson_address_zipcode = NULL;
    cJSON* cjson_skill = NULL;
    cJSON* cjson_student = NULL;
    int    skill_array_size = 0, i = 0;
    cJSON* cjson_skill_item = NULL;

    /* 解析整段JSO數據 */
    cjson_test = cJSON_Parse(message);
    if(cjson_test == NULL)
    {
        printf("parse fail.\n");
        return -1;
    }

    /* 依次根據名稱提取JSON數據（鍵值對） */
    cjson_name = cJSON_GetObjectItem(cjson_test, "name");
    cjson_age = cJSON_GetObjectItem(cjson_test, "age");
    cjson_weight = cJSON_GetObjectItem(cjson_test, "weight");

    printf("name: %s\n", cjson_name->valuestring);
    printf("age:%d\n", cjson_age->valueint);
    printf("weight:%.1f\n", cjson_weight->valuedouble);

    /* 解析嵌套json數據 */
    cjson_address = cJSON_GetObjectItem(cjson_test, "address");
    cjson_address_country = cJSON_GetObjectItem(cjson_address, "country");
    cjson_address_zipcode = cJSON_GetObjectItem(cjson_address, "zip-code");
    printf("address-country:%s\naddress-zipcode:%d\n", cjson_address_country->valuestring, cjson_address_zipcode->valueint);

    /* 解析數組 */
    cjson_skill = cJSON_GetObjectItem(cjson_test, "skill");
    skill_array_size = cJSON_GetArraySize(cjson_skill);
    printf("skill:[");
    for(i = 0; i < skill_array_size; i  )
    {
        cjson_skill_item = cJSON_GetArrayItem(cjson_skill, i);
        printf("%s,", cjson_skill_item->valuestring);
    }
    printf("\b]\n");

    /* 解析布爾型數據 */
    cjson_student = cJSON_GetObjectItem(cjson_test, "student");
    if(cjson_student->valueint == 0)
    {
        printf("student: false\n");
    }
    else
    {
        printf("student:error\n");
    }

    /* 釋放整條鏈表內存 */
    cJSON_Delete(cjson_test);
    
    return 0;
}

int standard_app_demo_main()
{
    osal_task_create("cjson_test1_demo",cjson_test1_demo_entry,NULL,0x800,NULL,2);
    return 0;
}

在user_demo.mk中配置文件路徑：

    #example for cjson_parse_demo
    ifeq ($(CONFIG_USER_DEMO), "cjson_parse_demo")    
        user_demo_src  = ${wildcard $(TOP_DIR)/targets/STM32L431_BearPi/Demos/cloud_test_demo/cjson_parse_demo.c}
    endif

位置如下：

然後在.sdkconfig中開啓cJSON組件，並且選中該demo：

實驗結果如圖：

注意事項

在本示例中，因爲我提前知道數據的類型，比如字符型或者浮點型，所以我直接使用指針指向對應的數據域提取，在實際使用時，如果提前不確定數據類型，應該先判斷type的值，確定數據類型，再從對應的數據域中提取數據。

6. cJSON使用過程中的內存問題

內存及時釋放

cJSON的所有操作都是基於鏈表的，所以cJSON在使用過程中大量的使用malloc從堆中分配動態內存的，所以在使用完之後，應當及時調用下面的函數，清空cJSON指針所指向的內存，該函數也可用於刪除某一條數據：

(void) cJSON_Delete(cJSON *item);

注意：該函數刪除一條JSON數據時，如果有嵌套，會連帶刪除。

內存鉤子

cJSON在支持自定義malloc函數和free函數，方法如下：

① 使用cJSON_Hooks來連接自定義malloc函數和free函數：

typedef struct cJSON_Hooks
{
      /* malloc/free are CDECL on Windows regardless of the default calling convention of the compiler, so ensure the hooks allow passing those functions directly. */
      void *(CJSON_CDECL *malloc_fn)(size_t sz);
      void (CJSON_CDECL *free_fn)(void *ptr);
} cJSON_Hooks;

② 初始化鉤子cJSON_Hooks

(void) cJSON_InitHooks(cJSON_Hooks* hooks);

站內首發文章

小熊派開源社區

發佈了50 篇原創文章 · 獲贊 2 · 訪問量 5589

私信關注

LiteOS雲端對接教程01-cJSON組件使用教程